地震荷载作用下地铁车站结构动力响应数值分析

摘要

随着城市地下空间的开发和利用，各种地下大跨度结构不断涌现，如地下商场、地下停车场、地下仓库、地铁车站等，而我国又地处于环太平洋地震带上，地震活动性频繁而强烈，是世界上最大的一个大陆潜源强震活动区，因此对于地下结构的抗震问题尤为突出。地铁车站作为一项重要的地下结构设施，其安全性直接威胁人们的生命和财产。因此，本文采用数值分析的方法研究地铁车站结构在地震荷载作用下的动力响应问题，获知车站结构的应力和位移响应规律及破坏特征，对于地下大跨结构的设计和施工具有一定的指导意义。 论文的主要工作如下： 1．利用弹塑性理论，考虑土体和结构的材料非线性、接触非线性，确定土体和结构的本构模型； 2．建立有限元数值分析模型，通过对大型振动台试验的数值模拟结果的对比，确定本文数值分析所采用模型，边界处理及问题假定等方法的可行性； 3．选取在建的典型地铁车站作为研究对象，采用不同方向地震动输入，如水平、竖直和水平竖直耦合地震作用，不同埋深如3m，10m及20m，分析结构在不同工况下的应力响应和位移响应，得出结构的动力响应特点。 研究成果表明，竖向地震作用对结构动力响应的影响很大，不容忽视，在设计时应该考虑水平竖向耦合地震作用；一定深度范围内，结构的动力响应随埋深的增大而呈减小趋势；结构的位移响应有一定的规律性，表现为沿结构高程增加而减小，应力规律虽不明显，但中柱和各节点是应力集中的地方，因予以重视。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 选题背景

1.2 地下结构的震害特征

1.3 地下结构抗震研究综述

1.3.1 国内外地下结构抗震研究现状

1.3.2 地下结构抗震研究方法

1.3.3 目前抗震设计的原则和实用方法

1.4 问题的提出及本文主要研究内容

1.4.1 本课题的提出与目的

1.4.2 本课题的主要分析方法与研究内容

2 土体和结构的弹塑性本构模型的确定

2.1 引言

2.2 弹塑性理论

2.2.1 屈服准则

2.2.2 硬化准则

2.2.3 流动准则

2.3 弹塑性本构模型

2.3.1 弹塑性本构方程

2.3.2 常用的弹塑性本构模型

2.4 结构弹塑性本构模型

2.5 土体的弹塑性本构模型

3 地铁车站大型地下结构动力有限元模型的建立

3.1 地下结构动力分析的有限元法

3.1.1 动力平衡方程建立

3.1.2 地基截取范围

3.1.3 边界条件处理

3.2 土—地铁车站结构动力相互作用有限元模型的建立

3.2.1 计算中的模型简化

3.2.2 非线性与基本假定

3.2.3 数值模型建立

3.2.4 模型边界条件

3.2.5 地震波选取及调整

3.3 数值模拟与振动台试验结果对比分析

3.3.1 土—地铁车站结构动力相互作用大型振动试验研究简介

3.3.2 加速度反应对比

3.3.3 应变反应对比

4 南京某典型地铁车站结构数值分析

4.1 引言

4.2 工程概况

4.2.1 工程及水文地质

4.2.2 地震基本烈度及抗震设计

4.3 数值模型

4.3.1 计算模型及参数

4.3.2 地震波选取

4.3.3 重力的考虑

4.4 计算结果及分析

4.4.1 水平地震作用下车站结构的动力响应

4.4.2 竖向地震作用下车站结构的动力响应

4.4.3 水平竖向地震耦合作用下结构的动力响应

4.4.4 双向地震作用下埋深对结构动力响应的影响

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果